下承式钢管混凝土系杆拱桥施工过程稳定性分析

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1、四川建筑科学研究第40卷第6期320SichuanBuildingScience2014年12月下承式钢管混凝土系杆拱桥施工过程稳定性分析鲁勤(上海大学土木工程系，上海200072)摘要：在拱桥设计中稳定问题至关重要，随着施工技术的发展，施工过程中的稳定性是否满足要求往往成为一个控制因素。本文以一座下承式钢管混凝土系杆提篮拱桥为例，利用有限元软件ANSYS对其施工过程主要阶段及成桥运营阶段进行特征值屈曲分析，得到相应的稳定安全系数，其结果分析表明了该桥在施工过程及运营阶段均不会出现失稳现象。关键词：钢管混凝土拱桥；特征值屈曲；稳定性；有限元中图分类号：U41；TU37文献标志码：B文章

2、编号：1008—1933(2014)06—320—03式中，[K]为结构弹性刚度矩阵；[K]为结构几何O引言刚度矩阵，也称为初应力刚度矩阵；{△。}为节点位钢管混凝土是在钢管内填充混凝土而形成的一移向量；{△}为节点荷载向量。种组合结构，具有强度高、塑性和韧性好、耐疲劳、抗当结构处于临界状态下，即使{△}一0，{△}冲击、施工方便等特点。近年来，随着钢管混凝土组也有非零解，按线性代数理论，必有：合结构的出现，钢管混凝土拱桥由于造型美观和跨I[]+[]I=O越能力大等特点而得到广泛应用。为求得屈曲荷载，可假设一组外荷载{P。}，与拱桥是承压为主的结构体系，近年来随着跨度其对应的几何刚度矩

3、阵为[]，并假定屈曲时的荷的增大，高强材料及薄壁杆件的运用，使得钢管混凝载为A倍，故有[K]=A[K]，从而上式可化为：土拱桥的稳定性问题变得更为突出。结构稳定问题I[K]+AfK]I=0可分为两种形式：第一类稳定，分支点失稳问题；第特征值方程为：二类稳定，极值点失稳问题。第一类稳定问题，力学([]+Ai[K]){咖i}=0概念明确，稳定问题常转为特征值问题，属线性分式中，Aj为第i阶特征值；{i}为与Ai对应的特征析，且其临界荷载值近似代表第二类稳定问题的上向量，是相应该阶屈曲荷载时结构的变形形状，即屈限。实际工程中的稳定问题一般表现为第二类失曲模态或失稳模态。在ANSYS特征值屈曲

4、分析中，稳，但是，由于第一类稳定问题是特征值问题，求解其结果给出的是Ai和{。}，即屈曲荷载系数和屈曲方便，在许多情况下两类问题的l临界值又相差不大，模态，而屈曲荷载为A；{Po}。因此研究第一类稳定问题仍有重要的过程意义。本文结合某钢管混凝土拱桥，利用基于ANSYS二次开2工程实例发的APDL语言编写分析程序创建拱桥的有限元模2．1工程概况型，进行拱桥的特征值屈曲分析。某桥为计算跨径77m的下承式钢管混凝土系杆提篮拱桥，拱轴线自身平面内(非竖向平面)矢高1特征值屈曲分析基本理论／：19．25m，矢跨比∥=1／4，拱轴线采用二次抛物在稳定平衡状态，考虑轴向力或中面内力对弯线，内倾11度

5、，横断面布置为3．0m人行道+2．5m曲变形的影响，根据势能驻值原理得到结构的特征拱肋区+14．0121车行道+2．5m拱肋区+3．0m人值屈曲分析平衡方程为：行道=25m，结构形式如图1所示。拱肋采用圆端([K]+[K]){△}={△R}形截面，截面高度1．8m，上下半圆半径为0．5m，中间段长0．8m。系梁采用预应力钢筋混凝土箱梁结收稿日期：2013-10·24构，设纵向预应力筋，采用咖i=15．20mm高强度低作者简介：鲁勤(1990一)，男，安徽安庆人，硕士研究生，主要从事桥梁设计及施工监控研究。松弛预应力钢绞线。端横梁和中横梁均采用预应力E—mail：479348269@qq

6、．corn混凝土实心截面，配以横梁纵向预应力筋。端横梁鲁勤：下承式钢管混凝土系杆拱桥施工过程稳定性分析32l与首根中横梁的距离为4．5m，中横梁之间的距离该桥拱肋钢管采用Q345钢材，管内灌注c4o微膨为4m。吊杆顺桥向间距4m，全桥共设18对吊杆。胀自密实混凝土，横梁均用c5o混凝土。桥梁设计吊杆采用GJ15～19钢绞线，配套使用5—19挤压钢荷载标准为城一B级。人群荷载按cJJ11—2O11《城绞线成套锚具。吊杆上端穿过拱肋，锚固于拱肋上市桥梁设计规范》取值。缘张拉底座，下端锚固于吊杆横梁下缘固定底座。线图1结构形式2．2主要施工过程由于该桥跨径不大，采用先梁后拱少支架施工法。根据

7、施工方案现选取如下几个典型的施工状态建立不同的ANSYS有限元模型进行施工过程稳定性分析。1)在系梁上架设完成拱肋空钢管，还未安装横撑。2)在系梁上架设完成拱肋空钢管，横撑已完成图2全桥有限元模型安装。3)拱肋空钢管内灌注混凝土，混凝土还未形成刚度。3稳定计算结果及分析4)混凝土灌注完成且强度已达100％。经计算得到各施工阶段一阶特征屈曲的稳定安5)张拉吊杆。全系数，相应的一阶失稳模态见表1。6)施加二期恒载。表1一阶特征屈曲稳定安全系数7)成